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1、第十八章原子结构第十八章原子结构 第第3 3节节 氢原子光谱氢原子光谱 1早在早在1717世纪，牛顿就发现了日光世纪，牛顿就发现了日光通过三棱镜后的色散现象，并把通过三棱镜后的色散现象，并把实验中得到的实验中得到的彩色光带彩色光带叫做叫做光谱光谱2一、光谱一、光谱光谱光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波长成分的记录。长成分的记录。发射光谱可分为两类：发射光谱可分为两类：连续光谱连续光谱和和明线光谱明线光谱。1.1.发射光谱：发射光谱：物体发光直接产生的
2、光谱叫做物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱。（1）连续光谱）连续光谱 连续分布连续分布的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连的包含有从红光到紫光各种色光的光谱叫做连续光谱。续光谱。炽热的固体、液体和高压气体炽热的固体、液体和高压气体的发射光谱是连的发射光谱是连续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发续光谱。例如白炽灯丝发出的光、烛焰、炽热的钢水发出的光都形成连续光谱。出的光都形成连续光谱。3一、光谱一、光谱光谱光谱是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见是电磁辐射（不论是在可见光区域还是在不可见光区域）的波长成分和强度分布的记录。有时只是波光区域）的波长成分和强度分布的记
3、录。有时只是波长成分的记录。长成分的记录。发射光谱可分为两类：发射光谱可分为两类：连续光谱连续光谱和和明线光谱明线光谱。1.1.发射光谱：发射光谱：物体发光直接产生的光谱叫做物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。发射光谱。（2）明线光谱）明线光谱 只含有一些只含有一些不连续的亮线不连续的亮线的光谱叫做明线光谱。明线光的光谱叫做明线光谱。明线光谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。谱中的亮线叫谱线，各条谱线对应不同波长的光。稀薄稀薄气体或金属的蒸气的发射光谱气体或金属的蒸气的发射光谱是明线光谱。明线光谱是是明线光谱。明线光谱是由游离状态的原子发射的，所以也叫原子的光谱。实践由游离状态的原子发
4、射的，所以也叫原子的光谱。实践证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只证明，原子不同，发射的明线光谱也不同，每种原子只能发出具有本身特征的某些波长的光，因此能发出具有本身特征的某些波长的光，因此明线光谱的明线光谱的谱线也叫原子的特征谱线。谱线也叫原子的特征谱线。42.吸收光谱吸收光谱高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波高温物体发出的白光（其中包含连续分布的一切波长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后长的光）通过物质时，某些波长的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱产生的光谱，叫做吸收光谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中
5、中的每一条暗线都跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线相对应。这表明，的一条明线相对应。这表明，低温气体原子吸收的低温气体原子吸收的光，恰好就是这种原子在高温时发出的光光，恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此吸。因此吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。太阳的光谱是吸收光谱。光谱是吸收光谱。5 光光 谱谱发发射射光光谱谱定义：由发光体直接产生的光谱定义：由发光体直接产生的光谱连续光谱连续光谱产生条件：产生条件：炽热的固体、液体炽热的固体、液体和和高压气体高压气体发发 光形成的光形成的光谱的形式：光谱的形式：连续连续分布，一切波长的光都有分布，一切
6、波长的光都有线状光谱线状光谱（原子光谱）（原子光谱）产生条件：产生条件：稀薄气体发光稀薄气体发光形成的光谱形成的光谱光谱形式：一些光谱形式：一些不连续的明线不连续的明线组成，不同组成，不同元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）吸吸收收光光谱谱定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的定义：连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱光谱产生条件：产生条件：炽热的白光通过温度较白光低炽热的白光通过温度较白光低的气体后，的气体后，再再色散色散形成的形成的光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上光谱形式：用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现出现一些暗线一些暗线
7、（与（与特征谱线特征谱线相对应）相对应） 各种光谱的特点及成因：各种光谱的特点及成因：63.光谱分析光谱分析 由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这以根据光谱来鉴别物质和确定的化学组成。这种方法叫做光谱分析。种方法叫做光谱分析。原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续原子光谱的不连续性反映出原子结构的不连续性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。性，所以光谱分析也可以用于探索原子的结构。7氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。二、氢原子光谱二、氢原子光谱8经典理论经典理论原子光
8、谱应该是连续的原子光谱应该是连续的卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱的规律。三、卢瑟福原子核式模型的困难三、卢瑟福原子核式模型的困难实际结果实际结果原子光谱是分立的原子光谱是分立的卢瑟福原子核式模型无法解释原子为何是稳定的，卢瑟福原子核式模型无法解释原子为何是稳定的，而不发生坍塌而不发生坍塌玻尔的原子模型玻尔的原子模型9第十八章原子结构第十八章原子结构 第第4 4节节 玻尔的原子模型玻尔的原子模型 10一、玻尔原子理论的基本假设：一、玻尔原子理论的基本假设：1 1、能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连续、能级（定态）假设：原子只能处于一系列不连
9、续的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽的能量状态中，在这些状态中原子是稳定的，电子虽然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫然绕核运动，但并不向外辐射能量。这些状态叫定态定态。（本假设是针对原子稳定性提出的本假设是针对原子稳定性提出的）2 2、跃迁假设：、跃迁假设：原子原子从一种定态（设能量为从一种定态（设能量为E初初）跃迁跃迁到另一种定态（到另一种定态（设能量为设能量为E终终）时，它）时，它辐射（或吸收）辐射（或吸收）一定频率的一定频率的光子光子，光子的能量由这两种定态的能量差，光子的能量由这两种定态的能量差决定，即决定，即 h= E初初- E终终（本假设针对线状谱提出本假设针对
10、线状谱提出）3 3、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿、轨道量子化假设：原子的不同能量状态跟电子沿不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连不同的圆形轨道绕核运动相对应。原子的定态是不连续的，因此电子的续的，因此电子的可能轨道的分布可能轨道的分布也是也是不连续不连续的。的。（针对原子核式模型提出，是能级假设的补充针对原子核式模型提出，是能级假设的补充）11二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理论对氢光谱的解释1 1、能级（定态）和轨道、能级（定态）和轨道12氢原子的能级图氢原子的能级图-13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eVnE13二、玻尔理论对氢光谱的解释二、玻尔理
11、论对氢光谱的解释1 1、能级（定态）和轨道、能级（定态）和轨道n=1,2,3n=1,2,3量子数量子数n=1n=1时称为基态（最稳定的能量状态，又称为第一能级）时称为基态（最稳定的能量状态，又称为第一能级）n=2,3,4n=2,3,4时称为激发态（又称为二时称为激发态（又称为二, ,三三, ,四四能级）能级）定态定态基态（基态（n=1n=1）激发态（激发态（n=2n=2，3 3，4 4）142 2、跃迁：在不同定态或能级之间的、跃迁：在不同定态或能级之间的“跳跃跳跃”高能级高能级低能级低能级激发态激发态基态基态高激发态高激发态低激发态低激发态辐射能量辐射能量（光子）（光子）低能级低能级高能级高
12、能级基态基态激发态激发态低激发态低激发态高激发态高激发态吸收能量吸收能量 （光子，粒子）（光子，粒子）E=EE=E初初-E-E末末高高低，辐射光子低，辐射光子低低高高吸收光子能量吸收光子能量吸收实物粒子能量吸收实物粒子能量15练习练习1 1：如图所示如图所示, ,为氢原予的能级图已知基态氧原为氢原予的能级图已知基态氧原子的能量为子的能量为E E1 1=-13.6eV,=-13.6eV,能使基态氢原子的能级发生能使基态氢原子的能级发生跃迁的是跃迁的是( ( ) )A.A.被具有被具有11.0eV11.0eV能量的光子照射能量的光子照射. .B.B.被具有被具有11.OeV11.OeV动能的电子碰
13、撞动能的电子碰撞. .C.C.被具有被具有10.2eV10.2eV能量的光子照射能量的光子照射. .D.D.被具有被具有14.2eV14.2eV动能的电子碰撞动能的电子碰撞. .已发生电离已发生电离16练习练习2 2：图示为氢原子的能级图，用光子能量为：图示为氢原子的能级图，用光子能量为13.06eV13.06eV的光照射一群处于基态的氢原子，可能观的光照射一群处于基态的氢原子，可能观测到氢原子发射的不同波长有多少种？（测到氢原子发射的不同波长有多少种？（ ）A A、5 B5 B、10 C10 C、4 D4 D、1 117赖曼系巴耳末系帕邢系18夫兰克夫兰克赫兹实验赫兹实验19三、玻尔理论的局限性三、玻尔理论的局限性四、电子云四、电子云1.玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提出定态玻尔理论虽然把量子理论引入原子领域，提出定态和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，但对多电子原和跃迁概念，成功解释了氢原子光谱，但对多电子原子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基子光谱无法解释，因为玻尔理论仍然以经典理论为基础。如粒子的观念和轨道。础。如粒子的观念和轨道。2.量子化条件的引进没有适当的理论解释。量子化条件的引进没有适当的理论解释。20
